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Pesquisadores se preparam para lançar o experimento Antita Impulsive Transient Antenna (ANITA), que captou sinais de partículas aparentemente impossíveis quando ele balançava de seu balão sobre a Antártica.(Imagem: © NASA)
Nosso melhor modelo de física de partículas está estourando nas costuras, na tentativa de conter toda a estranheza do universo. Agora, parece mais provável do que nunca que possa aparecer, graças a uma série de eventos estranhos na Antártica. .
A morte desse paradigma reinante da física, o Modelo Padrão, está prevista há décadas. Há indícios de seus problemas na física que já temos. Resultados estranhos de experimentos de laboratório sugerem oscilações de novas espécies fantasmagóricas de neutrinos além das três descritas no Modelo Padrão. E o universo parece cheio de matéria escura que nenhuma partícula no Modelo Padrão pode explicar.
Mas evidências tentadoras recentes podem um dia unir essas vagas vagas: três vezes desde 2016, partículas de ultra-alta energia explodiram no gelo da Antártica, acionando detectores no experimento da Antita Impulsiva Transiente Antártica (ANITA), um máquina pendurada em um balão da NASA muito acima da superfície congelada.
Como a Live Science relatou em 2018 , esses eventos - juntamente com várias partículas adicionais detectadas posteriormente no IceCube, observatório de neutrinos antártico enterrado - não correspondem ao comportamento esperado de nenhuma partícula do Modelo Padrão . As partículas parecem neutrinos de ultra alta energia . Mas neutrinos de ultra alta energia não devem ser capazes de passar pela Terra. Isso sugere que algum outro tipo de partícula - uma que nunca foi vista antes - está se lançando no frio céu do sul.
Agora, em um novo artigo, uma equipe de físicos trabalhando no IceCube lançou pesadas dúvidas sobre uma das últimas explicações restantes do Modelo Padrão para essas partículas: aceleradores cósmicos, armas de neutrinos gigantes escondidas no espaço que disparariam periodicamente balas de neutrinos intensas na Terra. Uma coleção de canhões de neutrinos hiperativos em algum lugar do céu do norte poderia ter explodido neutrinos suficientes na Terra para detectar partículas disparadas na ponta sul do nosso planeta. Mas os pesquisadores do IceCube não encontraram nenhuma evidência dessa coleção por aí, o que sugere que uma nova física deve ser necessária para explicar as partículas misteriosas.
Para entender o porquê, é importante saber por que essas partículas misteriosas são tão perturbadoras para o Modelo Padrão.
Os neutrinos são as partículas mais fracas que conhecemos; eles são difíceis de detectar e quase sem massa. Eles passam pelo nosso planeta o tempo todo - principalmente vindo do sol e raramente, se é que alguma vez, colidindo com os prótons, nêutrons e elétrons que compõem nosso corpo e a sujeira sob nossos pés.
Mas os neutrinos de energia ultra alta do espaço profundo são diferentes de seus primos de baixa energia . Muito mais raros que os neutrinos de baixa energia, eles têm "seções transversais" mais amplas, o que significa que é mais provável que colidam com outras partículas à medida que passam por elas. As chances de um neutrino de energia ultra alta chegar a toda a Terra intacta são tão baixas que você nunca esperaria detectar isso. É por isso que as detecções da ANITA foram tão surpreendentes: era como se o instrumento tivesse ganhado na loteria duas vezes e, em seguida, o IceCube havia ganhado mais algumas vezes, assim que começou a comprar bilhetes.
E os físicos sabem com quantos bilhetes de loteria eles tiveram que trabalhar. Muitos neutrinos cósmicos de energia ultra alta provêm das interações dos raios cósmicos com o fundo cósmico de microondas (CMB), o fraco brilho posterior do Big Bang. De vez em quando, esses raios cósmicos interagem com o CMB da maneira correta para disparar partículas de alta energia na Terra. Isso é chamado de "fluxo" e é o mesmo em todo o céu. O ANITA e o IceCube já mediram como o fluxo de neutrinos cósmico se parece com cada um de seus sensores e simplesmente não produz neutrinos de alta energia suficientes que você esperaria detectar um neutrino que voa para fora da Terra em qualquer um dos detectores uma única vez. .
"Se os eventos detectados pela ANITA pertencem a esse componente difuso de neutrinos, a ANITA deveria ter medido muitos outros eventos em outros ângulos de elevação", disse Anastasia Barbano, físico da Universidade de Genebra que trabalha no IceCube.
Mas, em teoria, poderia haver fontes de neutrinos de ultra alta energia além do fluxo no céu, disse Barbano à Live Science: aquelas armas de neutrinos, ou aceleradores cósmicos.
"Se não se trata de neutrinos produzidos pela interação de raios cósmicos de energia ultra alta com o CMB, os eventos observados podem ser neutrinos produzidos por aceleradores cósmicos individuais em um determinado intervalo de tempo" ou alguma fonte terrestre desconhecida, Disse Barbano.
Blazares, núcleos galácticos ativos, explosões de raios gama, galáxias de explosão estelar, fusões de galáxias e estrelas de nêutrons magnetizadas e de giro rápido são todos bons candidatos para esse tipo de acelerador, disse ela. E sabemos que os aceleradores de neutrinos cósmicos existem no espaço; em 2018, o IceCube rastreou um neutrino de alta energia de volta a um blazar , um jato intenso de partículas provenientes de um buraco negro ativo no centro de uma galáxia distante.
A ANITA capta apenas os neutrinos mais extremos de alta energia, disse Barbano, e se as partículas voadoras para cima fossem neutrinos impulsionados pelo acelerador cósmico do Modelo Padrão - provavelmente neutrinos tau -, o feixe deveria ter vindo com uma chuva de partículas de energia que teriam disparado os detectores de baixa energia do IceCube.
"Procuramos eventos em sete anos de dados do IceCube", disse Barbano - eventos que correspondiam ao ângulo e ao comprimento das detecções da ANITA, que você esperaria encontrar se houvesse uma bateria significativa de armas de neutrinos cósmicas disparando na Terra para produzir essas partículas em andamento. Mas nenhum apareceu.
Seus resultados não eliminam completamente a possibilidade de uma fonte aceleradora por aí. Mas eles "restringem severamente" o leque de possibilidades, eliminando todos os cenários mais plausíveis que envolvem aceleradores cósmicos e muitos menos plausíveis.
"A mensagem que queremos transmitir ao público é que uma explicação astrofísica do Modelo Padrão não funciona, não importa como você a corte", disse Barbano.
Os pesquisadores não sabem o que vem a seguir. Nem a ANITA nem o IceCube são um detector ideal para as pesquisas de acompanhamento necessárias, disse Barbano, deixando aos pesquisadores muito poucos dados para fundamentar suas suposições sobre essas partículas misteriosas. É como tentar descobrir a imagem em um quebra-cabeça gigante com apenas algumas peças.
No momento, muitas possibilidades parecem se encaixar nos dados limitados, incluindo uma quarta espécie de neutrino "estéril" fora do Modelo Padrão e uma variedade de tipos teorizados de matéria escura. Qualquer uma dessas explicações seria revolucionária. Mas nenhuma ainda é fortemente favorecida.
"Temos que esperar a próxima geração de detectores de neutrinos", disse Barbano.
O artigo ainda não foi revisado por pares e foi publicado em 8 de janeiro no banco de dados arXiv .
Fonte: Live Science / Por / 27/01/2020
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Hélio R.M.Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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